Υπολογιστική
Νέες Αντιλήψεις για τη Φονική Μπορεί να Επαναπροσδιορίσουν τις Επόμενες Γενιές Συσκευών Επικοινωνίας
Προσθέστε το Securities.io στις προτιμώμενες πηγές σας στο Google
Με το διαδίκτυο να έχει απλώσει τα φτερά του παγκοσμίως, κάποιοι μπορεί να νιώθουν ότι οι μέρες της επικοινωνιακής άνθησης έχουν τελειώσει. Κάποιοι μπορεί ακόμη να πιστεύουν ότι δεν υπάρχει τίποτα περισσότερο να επιτευχθεί στον χώρο της βιομηχανίας των συσκευών, λύσεων και υπηρεσιών επικοινωνίας.
Είναι αλήθεια ότι αν κρίνουμε τη βιομηχανία μόνο με βάση το εκτιμώμενο ποσοστό ανάπτυξης, θα φαίνεται ελάχιστη. Αλλά αυτό οφείλεται μόνο στο ότι το βασικό μέγεθος της αγοράς, πάνω στο οποίο υπολογίζουμε την ανάπτυξη, είναι φαινομενικά υψηλό. Σύμφωνα με προβλέψεις, η παγκόσμια αγορά υπηρεσιών επικοινωνίας θα αυξηθεί από US$1.5 trillion to US$1.6 trillion μεταξύ 2024 και 2028.
Η ανάπτυξη σε μια αγορά πολλαπλών τρισεκατομμυρίων δολαρίων μπορεί να επιτευχθεί μόνο με συνεχώς επαναλαμβανόμενες καινοτομίες-σπάσιμος σε αυτόν τον χώρο. Μία τέτοια λύση αξιοποιεί τη φονική για τη δημιουργία μικρότερων, ισχυρότερων συσκευών επικοινωνίας. Παρακάτω, συζητάμε αυτήν την καινοτομία, η οποία προέρχεται από ερευνητές του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, του Wyant College of Optical Sciences και του Εθνικού Εργαστηρίου Sandia.
Επόμενη Επανάσταση στις Ασύρματες Επικοινωνίες με Χρήση Φονικής
Πριν συζητήσουμε την καινοτομία και τις λεπτομέρειές της, ας προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε τη φονική, η οποία, όπως ορίζει η επιστημονική κοινότητα, ορίζει τη φονική ως «ένα αναδυόμενο πεδίο που επιδιώκει να διευκρινίσει τη φύση της ενδογενούς μηχανικής κίνησης τόσο σε συμβατικά όσο και σε τεχνητά δομημένα υλικά και να χρησιμοποιήσει αυτή τη γνώση για να επεκτείνει τα όρια της φυσικής αντίδρασης είτε στο επίπεδο του υλικού είτε στο επίπεδο της δομής/συσκευής ή και τα δύο».
Ενώ ο βασικός επιστημονικός ορισμός μπορεί να φαίνεται δύσκολο να το καταλάβει κανείς, μια αναλογία με τη φωτονική το κάνει πιο απλό. Η φωτονική αξιοποιεί τα φωτόνια για την πρόοδο της οπτικής τεχνολογίας. Με τον ίδιο τρόπο, η φονική αξιοποιεί τα φονόνια, φυσικά σωματίδια που μεταδίδουν μηχανικές δονήσεις μέσω ενός υλικού σε σχεδόν ακούσιες υψηλές συχνότητες.
Στην έρευνα που συζητάμε, οι επιστήμονες κατάφεραν να συνδυάσουν εξειδικευμένα ημιαγωγικά και πιεζοηλεκτρικά υλικά για να παράγουν τεράστιες μη γραμμικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ φονονίων. Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν ενισχυτές για φονόνια — κατασκευασμένους από το ίδιο υλικό — για τη δημιουργία πιο αποδοτικών, ισχυρότερων και μικρότερων ασύρματων συσκευών, συμπεριλαμβανομένων των smartphones και των πομπών δεδομένων.
Σύμφωνα με τον κύριο συγγραφέα της μελέτης, Matt Eichenfield, ο οποίος κατέχει κοινή θέση στο Arizona College of Optical Sciences και στο Sandia National Laboratories στο Albuquerque, New Mexico:
«Οι περισσότεροι άνθρωποι πιθανότατα θα εκπλαγούν όταν ακούσουν ότι υπάρχουν περίπου 30 φίλτρα μέσα στο κινητό τους, των οποίων η μοναδική εργασία είναι να μετατρέπουν τα ραδιοκύματα σε ηχητικά κύματα και αντίστροφα.»
Τώρα, με τα πολύ μικρότερα υλικά φονικής σε δράση, θα ήταν δυνατόν να μειωθεί η ανάγκη για αυτά τα πολλά φίλτρα, καθώς μια δέσμη φονονίων μπορεί να αλλάξει τη συχνότητα μιας άλλης δέσμης.
Αυτή η επίτευξη ευθυγραμμίζεται με το όραμα των ερευνητών να παράγουν όλα τα εξαρτήματα που απαιτούνται για την επεξεργασία σήματος ραδιοσυχνότητας από τεχνολογίες ηχητικών κυμάτων αντί για ηλεκτρονικά βασισμένα σε τρανζίστορ. Το αποτέλεσμα θα ήταν όλα ενσωματωμένα σε ένα μόνο chip, συμβατό με τον τρόπο κατασκευής των τυπικών μικροεπεξεργαστών.
Αναλύοντας περαιτέρω την επίδραση που θα μπορούσε να δημιουργήσει η καινοτομία τους, ο Eichenfield είπε:
«Τώρα, μπορείτε να δείξετε σε κάθε εξάρτημα σε ένα διάγραμμα ενός επεξεργαστή ραδιοσυχνότητας front-end και να πείτε, ‘Ναι, μπορώ να φτιάξω όλα αυτά σε ένα chip με ηχητικά κύματα. Είμαστε έτοιμοι να προχωρήσουμε στην κατασκευή ολόκληρου του συστήματος στον ηχητικό τομέα.’»
Η λήψη ενός ενιαίου chip και η ενσωμάτωση όλων των εξαρτημάτων σε αυτό θα μπορούσε να μειώσει τις συσκευές και τα γκάτζετ επικοινωνίας κατά παράγοντα 100, εκτιμά ο Eichenfield.
Παρόμοια έρευνα πραγματοποιήθηκε πέρυσι από μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, όπου ανέπτυξαν ένα νέο είδος επαναρυθμιζόμενου τρανζίστορ χρησιμοποιώντας ένα φεροηλεκτρικό ημιαγωγό σε νανομετρικό πάχος.
Φεροηλεκτρικό Τρανζίστορ Υψηλής Κινητικότητας Ηλεκτρονίων (FeHEMT) για τη Συρρίκνωση των Συσκευών Επικοινωνίας στα Smartphones
Το κύριο χαρακτηριστικό του FeHEMT που το καθιστά καλύτερο από τα HEMT είναι ότι μπορεί να διατηρήσει μια ηλεκτρική πόλωση, παρόμοια με την ηλεκτρική εκδοχή του μαγνητισμού. Προσθέτοντας ευελιξία στη συμπεριφορά του τρανζίστορ, αυτά τα ημιαγωγά μπορούν να εναλλάσσονται μεταξύ των θετικών και αρνητικών άκρων.
Δεδομένου ότι το FeHEMT είναι επαναρυθμιζόμενο, μπορεί να λειτουργήσει ως πολλές συσκευές. Ένας ενιαίος ενισχυτής μπορεί να εξυπηρετήσει τον σκοπό πολλών ενισχυτών, καθένας έτοιμος για δυναμικό έλεγχο. Αυτή η ιδιότητα επιτρέπει στους ερευνητές να μειώσουν την περιοχή του κυκλώματος της συσκευής και να μειώσουν το κόστος και την κατανάλωση ενέργειας.
Η μετάβαση από FeHEMT σε HEMT περιελάμβανε ενδελεχή επιστημονική διερεύνηση και πολλές δοκιμές, τεστ και πειράματα. Το ημιαγωγό κατασκευάστηκε από αλουμίνιο νιτρίδιο με προσθήκη σκάνδιου. Η δημιουργία του πρώτου νιτριδικού φεροηλεκτρικού ημιαγωγού επέτρεψε την αδιάλειπτη ενσωμάτωσή του με το επόμενης γενιάς ημιαγωγό, το γαλλίου νιτρίδιο. Η απόδοση μπορούσε να φτάσει ταχύτητες έως και 100 φορές μεγαλύτερες από το πυρίτιο. Δεν ήταν μόνο υψηλής ταχύτητας, αλλά και εξαιρετικά αποδοτικό και χαμηλού κόστους.
Ο Ping Wang, ερευνητής στην ηλεκτρική και υπολογιστική μηχανική και επίσης συν-συγγραφέας της έρευνας, είπε:
«Προσθέτοντας φεροηλεκτρισμό σε ένα HEMT, μπορούμε να κάνουμε το άνοιγμα πιο οξύ. Αυτό θα μπορούσε να επιτρέψει πολύ χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας, σε συνδυασμό με υψηλό κέρδος, δημιουργώντας πολύ πιο αποδοτικές συσκευές.»
Σε μια άλλη περίπτωση κατασκευής ακριβούς υλικού επικοινωνίας με μετασχηματιστικό δυναμικό, μια ομάδα ερευνητών ηλεκτρικής και υπολογιστικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν κατάφερε να κατασκευάσει τον πρώτο πομπό και κεραία σε κλίμακα χιλιοστού που μπορούσε να «συνομιλήσει με Bluetooth Low Energy με ευκολία».
Κατασκευή του Πρώτου Πομπού και Κεραίας σε Κλίμακα Χιλιοστού
Ο καθηγητής David Wentzloff ηγήθηκε της ομάδας και της έρευνας για να καταλήξουν τελικά στο πρώτο συσκευή σε κλίμακα χιλιοστού που θα μπορούσε να επικοινωνεί με ακρίβεια μέσω Bluetooth Low Energy. Ο πομπός και η κεραία κατανάλωσαν μόνο 606 μικροβάτ, ή 0,6 μιλιβάτ συνολικά, κατά τη μετάδοση. Το σύστημα κατάφερε αυτή τη κλίμακα κάνοντας τον ενισχυτή περιττό ή περιττό, δημιουργώντας έναν μοναδικό συνδυασμό του ταλαντωτή και της κεραίας.
Καθώς εξηγούσε το δυναμικό της εφεύρεσης, ο καθηγητής Wentzloff είπε:
«Είμαι ενθουσιασμένος για τις μελλοντικές ερευνητικές κατευθύνσεις που θα ανοίξουν με την κατάργηση του φράγματος της ασύρματης συνδεσιμότητας!»
Αυτή η επίτευξη θα δημιουργήσει νέες οδούς στον τομέα του IoT και θα ενισχύσει σημαντικά τη δυνατότητα υιοθέτησής του.
Η εφεύρεση ήταν επίσης κρίσιμη για την κορυφαία καινοτομία του Πανεπιστημίου, το Michigan Micro Mote (M3), τον πρώτο στον κόσμο υπολογιστή σε κλίμακα χιλιοστού. Με έναν τέτοιο πομπό ενσωματωμένο στο M3, η επικοινωνία με ένα συνηθισμένο smartphone θα γίνει πιο αποδοτική.
Καθώς εξηγούσε τη χρηστικότητά του, ο Wentzloff είπε:
«Αυτό το ραδιόφωνο προσθέτει την πρώτη επικοινωνία συμβατή με πρότυπο στο σύνολο M3. Αυτό μας επιτρέπει να αναπτύξουμε συσκευές M3 πιο γρήγορα και να μεταφέρουμε πιο εύκολα τα δεδομένα αισθητήρων στο σύννεφο συνδέοντας απευθείας με ένα smartphone.»
Τέτοια εξαιρετική έρευνα θα επαναπροσδιορίσει τα πρότυπα επικοινωνίας για την επόμενη γενιά. Παγκόσμιες εταιρείες επενδύουν στην έρευνα και τους πόρους για να προετοιμάσουν τις συσκευές επικοινωνίας για το μέλλον. Αυτές οι εταιρείες μπορούν να ωφεληθούν σημαντικά από αυτές τις μελέτες και πειράματα. Στις παρακάτω ενότητες, συζητάμε μερικές από αυτές τις εταιρείες.
#1. Nokia
Η Nokia διαθέτει ένα εκτενές χαρτοφυλάκιο συσκευών επικοινωνίας. Όσον αφορά την εξαιρετική βελτιστοποίηση του χώρου, μια σειρά προϊόντων που ξεχωρίζει είναι τα AirScale Small Cells.
Η Nokia διαθέτει το πιο εκτενές χαρτοφυλάκιο μικροκυψελών της βιομηχανίας, με ραδιοφωνικούς εξοπλισμούς βελτιστοποιημένους για την υποστήριξη παρόχων κινητών δικτύων και επιχειρήσεων σε όλα τα σενάρια εγκατάστασης. Γνωστά επίσης ως AirScale Shikra Radios, αυτά εμφανίζονται ως ραδιοφωνικοί μικροκυμάτων και pico ραδιοί για εσωτερικές λύσεις.
Τα ραδιόφωνα Shikra είναι μικρά και εύκολα στην εγκατάσταση, είτε αυτόνομα είτε συνδεδεμένα, με τις μονάδες βάσης βελτιστοποιημένες για μικροκύτταρα που βοηθούν στην επιτάχυνση της ανάπτυξης του δικτύου. Λόγω της συμπαγούς φύσης τους, τα ραδιόφωνα mmWave είναι έτοιμα για εγκατάσταση σε διάφορες τοποθεσίες, συμπεριλαμβανομένων πυκνών αστικών περιοχών, εμπορικών κέντρων, αθλητικών αρένα και άλλων μεγάλων δημόσιων χώρων όπου η εξαιρετική χωρητικότητα είναι βασική απαίτηση.
Τα Pico ραδιόφωνα είναι μια εσωτερική λύση που εξυπηρετεί μια σειρά επιχειρηματικών περιπτώσεων χρήσης, υποστηρίζοντας πολλαπλές τεχνολογίες πρόσβασης ραδιοφώνου και ευέλικτες διαμορφώσεις δικτύου. Η Nokia διαθέτει επίσης λύσεις μικροκυψελών όλα-σε-ένα που δεν απαιτούν ξεχωριστή μονάδα βάσης και επιτρέπουν απλή εγκατάσταση plug-and-play και ευελιξία ανάπτυξης τόσο εσωτερικά όσο και εξωτερικά.
Για το οικονομικό έτος 2023, η Nokia ανέφερε ετήσιο έσοδο 22,258 δισεκατομμυρίων ευρώ, σημαντική πτώση σε σχέση με τα 24,91 δισεκατομμύρια ευρώ του προηγούμενου οικονομικού έτους. Το λειτουργικό κέρδος επίσης σημείωσε πτώση στα 2,375 δισεκατομμύρια ευρώ από 3,109 δισεκατομμύρια ευρώ μεταξύ FY 23 και FY 22.
#2. Motorola Solutions
Η Motorola έχει υπάρξει πρωτοπόρος στην παρουσίαση μελλοντικών, εξελιγμένων και αιχμηρών συσκευών επικοινωνίας στον κόσμο. Μία συσκευή που μπορεί ιδιαίτερα να ωφεληθεί από αυτήν την έρευνα και να προωθήσει το όριο περαιτέρω είναι η φορητή συσκευή επικοινωνίας TLK 25 της Motorola. Ζυγίζει μόνο 73 γραμμάρια και διαστάσεων 3,2×1,9×0,7.
Στην ουσία, το TLK 25 είναι μια φορητή συσκευή WAVE PTX που υπερβαίνει τις δυνατότητες push-to-talk ενός walkie-talkie. Αυτές οι συσκευές είναι συμπαγείς, ανθεκτικές και εξοπλισμένες με ένα διαισθητικό φωνητικό βοηθό. Η συσκευή διαθέτει σύνδεση Wi‑Fi και χρησιμοποιεί επίσης εθνικό LTE όταν το Wi‑Fi δεν είναι διαθέσιμο. Ο διαισθητικός φωνητικός βοηθός της επιτρέπει την πρόσβαση χωρίς χέρια σε επικοινωνίες, ρυθμίσεις συσκευής, λειτουργίες ασφαλείας, καταστάσεις, ειδοποιήσεις και προειδοποιήσεις.
Η σειρά προϊόντων TLK 25 της Motorola διαπρέπει στην συμπαγή σχεδίαση και την απλότητα των λειτουργιών. Αυτές οι συσκευές θα ωφεληθούν σημαντικά από έρευνες και λύσεις μετάδοσης που τις κάνουν πιο κομψές και αποδοτικές.
MSI Διάγραμμα τιμής
Στο τέταρτο τρίμηνο του 2023, η Motorola Solutions ανέφερε (MSI ) καθαρά έσοδα 2,85 δισεκατομμυρίων δολαρίων, ενώ τα ετήσια έσοδα για το 2023 ήταν σχεδόν 10 δισεκατομμύρια δολάρια. Τα λειτουργικά κέρδη για το 2023 αυξήθηκαν σε 2,784 δισεκατομμύρια δολάρια από 2,368 δισεκατομμύρια δολάρια το 2022.
Ο Ρόλος των Συσκευών Επικοινωνίας στον Σύγχρονο Κόσμο Μας
Θα ήταν δύσκολο για τον ανθρώπινο πολιτισμό να επιβιώσει χωρίς τα μέσα και τα εργαλεία του για αποτελεσματική επικοινωνία να λειτουργούν σωστά. Οι συσκευές επικοινωνίας της επόμενης γενιάς θα πρέπει να αναπτύξουν πολλές ιδιότητες ώστε να είναι πιο έτοιμες για υιοθέτηση στο μέλλον.
Αυτές οι συσκευές, για παράδειγμα, θα πρέπει να είναι έτοιμες να αντέξουν τις πιο σκληρές συνθήκες. Θα πρέπει να είναι αρκετά αποδοτικές ώστε να ενσωματώνουν κάθε καινοτομία που έχει επιτευχθεί μέχρι τώρα σε αυτόν τον χώρο, ειδικά στην ταυτόχρονη διαχείριση φωνής, βίντεο και ροών δεδομένων.
Καθώς παρέχουν όλες αυτές τις υπηρεσίες, αυτές οι συσκευές δεν πρέπει να θυσιάζουν την ακεραιότητά τους. Με εξελιγμένα συστήματα ασφαλείας που αξιοποιούν υπεύθυνα κατασκευασμένη ανάλυση AI, αυτό δεν αποτελεί πλέον πρόκληση.
Ωστόσο, η ύπαρξη όλων αυτών των ιδιοτήτων και χαρακτηριστικών δεν πρέπει να καταλήγει σε κάτι που καταλαμβάνει πολύ χώρο, θερμαίνεται γρήγορα ή είναι ακριβό στην κατασκευή.
Οι συσκευές επικοινωνίας της επόμενης γενιάς θα εξελιχθούν, λαμβάνοντας υπόψη αυτές τις πτυχές. Ήδη, νέες τεχνολογικές παραδείγματα έχουν εμφανιστεί που θα επιταχύνουν αυτήν την εξέλιξη. Για παράδειγμα, υπάρχει ήδη πολύ συζήτηση για τεχνολογίες όπως η Ορατή Επικοινωνία Φωτός (VLC)/Li‑Fi, όπου η μετάδοση δεδομένων γίνεται μέσω φωτός αντί για ραδιοκύματα με υψηλές ταχύτητες μέσω μικρών ρυθμίσεων στην ένταση.
Αυτές οι λύσεις προσφέρουν πολύ υψηλές ταχύτητες, υπερβαίνοντας τις δυνατότητες εύρους ζώνης των συμβατικών επικοινωνιών. Δεδομένου ότι ξεπερνούν το παραδοσιακό μοντέλο, μπορούν να επιτευχθούν βελτιωμένα πρότυπα ασφαλείας και αξιοπιστίας. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι τέτοιες λύσεις θα ήταν ιδανικές για το στρατό.
Εκτός από το υλικό μετάδοσης δεδομένων, έχει σημειωθεί μεγάλη πρόοδος στην περιοχή των τεχνολογιών αισθητήρων. Αυτές οι τεχνολογίες θα βοηθήσουν στην ενημέρωση της υπάρχουσας υποδομής IoT και αυτοματοποίησης.
Σύμφωνα με τα δεδομένα που παρουσιάζει η ASSIA Inc., η αύξηση της κίνησης ανεβάσματος PC/τηλεφώνου από την αρχή Μαρτίου 2024 θα είναι έως και 80% μόνο στις Ηνωμένες Πολιτείες. Ο κόσμος έχει γίνει πολύ πιο εικονικός από ό,τι ήταν πριν την πανδημία COVID‑19. Οι κάμερες web, οι υπολογιστές και τα laptops τρέχουν συνεχώς βίντεο ροές. Η παροχή υπηρεσιών υγείας, εκπαίδευσης και άλλων επείγουσων υπηρεσιών έχει γίνει πολύ πιο εικονική. Η αντιμετώπιση αυτών των καταστάσεων θα απαιτήσει πολύ πιο βελτιστοποιημένες σε χώρο και αποδοτικές συσκευές. Θα πρέπει επίσης να είναι έτοιμες για 5G.
Οι οργανισμοί και οι εταιρείες πρέπει να συνεχίσουν να επενδύουν πόρους και έρευνα για να κάνουν τις επικοινωνίες της επόμενης γενιάς πιο αποδοτικές και οικονομικές.
